电路基本定律

电路基本定律（精选5篇）

电路基本定律 篇1

《电工电子技术及应用教学基本要求》指出:通过对本书的学习, 使学生具备机电技术应用专业的高素质劳动者和中初级专门人才所必需的电子电工技术的基本知识及基本技能, 初步具有解决实际问题的能力, 为学习专业知识和专业技能打下基础。全书共分电路、电子技术和电力电子等四大部分。《电路的基本概念和基本定律》是电路部分的基础, 具有承接初中物理电学知识和为《直流电路分析》奠定基础的作用, 本章涉及的概念多、定律多、内容广泛、基础性强, 教学中若空泛理论, 学生得不到要领, 形不成完整的知识体系。教师要指导学生学好了本章内容, 把初中物理知识与该课程的可实现初中与中职顺利衔接。

一、构建电路基本概念, 加强教学, 让学生认真掌握电路的基础理论知识

1、理想化元件的概念。

所谓理想化元件是指在进行电路分析和计算时, 很难把一些实际部件一一画完, 或把所有的电磁现象一一描绘出, 而是用一些简单但却能够表征它们主要电磁性能的理想化元件代替。教材以白炽灯和电源为例, 作了理想化假设分析。白炽灯是根据电流热效应制成的, 但电流通过时, 灯丝不仅呈现电流的热效应, 还呈现电流的磁效应。不过磁效应极微弱, 可不计。引导学生分析, 应抓住问题的主要方面, 忽略次要方面, 把白炽灯的主要特性-—热效应特性反映出来, 所以白炽灯应可在电路中抽象认为是一个理想化电阻元件, 用电阻代替。实际的各种电阻器、电炉、电烙铁等电气器件的理想模型均为电阻。其它如电源、电感、电容、电压源、电流源等都是理想化模型。

2、参考方向的概念。

参考方向的选择是任意的, 如电路中实际电压、电流方向的判定若得数为正, 说明参考方向和实际方向一致;若得数为负, 则说明参考方向与参考方向与实际方向相反。教材让学生要明确“关联和非关联参考方向”的概念, 在电路分析时其外电路部分, 电流和电压的方向一致, 为关联参考方向;而对电路的电源部分, 其电流和电压的方向不一致, 为非关联参考方向。引导学生运用参考方向判断电路中的元件是消耗元件或是产生功率的电源, 确定该元件是电源或是耗能元件。采用关联参考方向时, P=IU表示元件消耗功率, 若P>0, 表示为消耗元件;P<0, 则表示为电源。若采用非关联参考方向时, 若P>0, 表示为电源;P<0, 则表示为消耗功率, 元件是消耗元件。注意参考方向与绕行方向的区别, 其绕行方向是在应用基尔霍夫电压定律列方程, 教学中为避免学生混淆, 把回路绕行取向规定为顺时针方向。

3、电压源和电流源概念。

教学时要引导学生从理想电压源、电流源的符号、外特征 (A-V) 曲线、实际的电压源、电流源及特性曲线、开路、短路及正常工作状态下的电压、电流关系等进行分析比较, 让学生弄清楚:电压源不能处于短路状态, 电流源也不能处于开路状态, 以增强学生对电源特性的认识和理解。

4、电动势概念。

电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领。为使学生更好的理解这一概念, 引入电源力的概念, 即在电路中, 为维持电源正负极板、电路间有电流循环流动, 维持其电压, 形成持续的电流, 就应把移动到负极板上的正电荷, 逆着电场力的方向返回电源正极板, 这就需要外力做功, 这种外力叫电源力。电动势就是在电源内部, 把单位正电荷从负极移动到正极所做的功, 数值上等于电路中通过1库仑 (C) 的电量时电源所提供的电能。方向由电源负极指向正极, 其作用效果是使电源内部由负极到正极的电流。

5、电阻、电容、电感等概念。

分析电阻、电容、电感等元件的特性, 电压、电流关系, 在电路所起的作用, 它们的分类、用途和选择应用, 让学生在比较中对这三个主要元件有一定的了解, 并掌握它们的特性, 能够在实作中运用这些元件。

二、抓重点, 突难点, 培养学生的电路理解和计算能力

1、电位、电压的教学:

教材从衡量电场力做功的能力的角度引入了电压的概念, 把电压定义为把单位正电荷从a点 (电源正极) 移动到b点 (电源负极) 电场力所做的功, 用Uab表示, 规定电压的方向为从A到B, 而电位则在电路中任选一个参考点, 该点到参考点的电压, 叫做该点电位, 记作Va。电位实际电压, 是相对于参考点而言的, 电压是电路中任意两点而言的, 对参考点的选择, 在工程中, 通常以大地为参考点, 在电子线路中, 可以选择由多个元件汇集并与机壳相连的公共线为参考点, 习惯上称为地线。

2、电容器的充、放电的理解。

教材把直流电源, 通过开关控制向电容器充电、放电进行演示和分析, 总结其特点, 这容易让学生误认为电容器能通过直流电。要使电容器中有持续的电流通过, 只有在电容器的两端加上随时间变化的交变电流, 通过的电流为I=CΔU/Δt, 电容器的端电压ΔU变化越快, 通过极板的电流越大;反之, 则电流就越小。若是在直流电路中, 电压为恒定值, 通过电容器的电流就为0, 就认为电容器不能通过直流电。即称为电容器的“隔直通交”特性, 这个特性要让学生充分理解。

3、电压源短接和电流源的开路的状态分析。

这两个状态, 是一个实际电源允许在该状态下工作, 学生要通过分析认识到这两种情况, 通过电源内阻R0的电流均达到最大值 (电压源短接Isc=Uc/R0;电流源开路时Isc=Is) , 会造成电压源、电流源因过热而损坏。

4、学生电路计算能力的培养。

本章主要运用欧姆定律、基尔霍夫定律完成电路电流、电压各点电位的计算, 其中零电位点的确定, 实际电流、电压方向的确定, 结点电流、回路电压方程的列出, 电压源、电流源的有关计算, 都是学生所必须掌握的电路计算基础知识, 为学生下一章《直流电路的分析》学习奠定基础。

5、结合数学知识分析特性曲线和状态分析。

在本章内容中, 针对线性电阻 (一次函数) 、非线性电阻的伏安特性曲线、电容器的充、放电曲线 (指数函数) 、电压源和电流源以及实际的电源的外特性曲线 (一次函数) 等, 在分析时要引导学生回顾所学的数学知识, 结合实际问题, 对这些规律加以认真的理解。

三、抓好技能训练, 形成学生实作能力

1、通过教学让学生了解电工测量与电工仪表 (直流电流

表、电压表及万用表) 的基础知识及万用表的工作原理, 初步掌握直流电流表、电压表及万用表的使用方法, 电路的直流电流、电压和各点电位的测量技术。

2、电工仪表了解和使用, 学生练习重点是万用表。

万用表的表盘、转换开关、调零电阻、插孔的功能和作用, 以及量程的选取和读数, 检测时的注意事项等均要一一给学生演示和说明。

3、做好电位测量技术实作训练指导。

实作中注意学生操作安全, 要求学生理解图示所表达的内容, 并按图示要求连接线路, 作好数据记载和分析, 培养学生实际操作的技能。

电路基本定律 篇2

第1课时

一、教学目标

1．知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压；从能量转化的角度理解电动势的物理意义。2．明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和。3．熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式

和

及其适用条件。

二、教学重点、难点分析: 1．重点：闭合电路欧姆定律的内容；

2．难点：应用闭合电路欧姆定律进行简单电路的分析计算。

三、教学方法：实验演示，启发式教学

四、教 具：不同型号的干电池若干、小灯泡（3.8V）、电容器一个、纽扣电池若干、手摇发电机一台、可调高内阻蓄电池一个、电路示教板一块、示教电压表（0～2.5V）两台、10Ω定值电阻一个、滑线变阻器（0～50Ω）一只、开关、导线若干。

五、教学过程：

（一）新课引入

教师：同学们都知道，电荷的定向移动形成电流。那么，导体中形成电流的条件是什么呢？（学生答：导体两端有电势差。）

演示：将小灯泡接在充电后的电容器两端，会看到什么现象？（小灯泡闪亮一下就熄灭。）为什么会出现这种现象呢？

分析：当电容器充完电后，其上下两极板分别带上正负电荷，如图1所示，两板间形成电势差。当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后，电子就在电场力作用下沿导线定向移动形成电流，但这是一瞬间的电流。因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少，两极板间电势差也逐渐减小为零，所以电流减小为零，因此要得到持续的电流，就必须有持续的电势差。

教师：能够产生持续电势差的装置就是电源。那么，如何描述电源的特性？电源接入电路，组成闭合电路，闭合电路中的电流有什么规律呢？这节课我们就来学习闭合电路欧姆定律。

（二）进行新课

【板书】第七节 闭合电路欧姆定律 【板书】

一、闭合电路欧姆定律 【板书】1．闭合电路的组成

闭合电路由两部分组成，一部分是电源外部的电路，叫做外电路，包括用电器和导线等。另一部分是电源内部的电路，叫内电路，如发电机的线圈、电池的溶液等。外电路的电阻通常叫做外电阻。内电路也有电阻，通常叫做电源的内电阻，简称内阻。

【板书】2．电动势和内、外电压之间的关系

教师：各种型号的干电池的电动势都是1.5V。那么把一节1号电池接入电路中，它两极间的电压是否还是1.5V呢？用示教板演示，电路如图2所示，结论：开关闭合前，电压表示数是1.5V，开关闭合后，电压表示数变为1.4V。实验表明，电路中有了电流后，电源两极间的电压减小了。

教师：上面的实验中，开关闭合后，电源两极间的电压降为1.4V，那么减少的电压哪去了呢？用投影仪展示实验电路，如图3所示。

接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压。在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压。我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系。

教师：向学生介绍实验装置及电路连接方法，重点说明内电压的测量。实验中接通S1、S2，移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小，由两个电压表读出若干组内、外电压U′和U的值。再断开S1，由电压表测出电动势E。分析实验结果可以发现什么规律呢？

学生：在误差许可的范围内，内、外电压之和等于电源电动势。

【板书】在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和，即E=U′＋U 教师：我们把公式 E=U′＋U两边同乘以电量q，得到qE=qU′＋qU，这个式子的物理含义是什么呢？在第一章我们学习过一个公式W=qU，用来计算电场力对电荷做的功。所以qU′＋qU等于电量q通过外电路和内电路时消耗的总电能。由能量守恒定律可知，qE就应该是电源提供的总电能。当q=1C时电源提供的总电能就是EJ，数值上等于电动势。电源提供给电路的总电能是其他非静电力做功转化而来的，所以，电动势的大小也可以反映出电源把其他形式的能转化为电能的本领。例如干电池的电动势是1.5V，它的物理含义是什么呢？（1）表示非静电力把1C正电荷从电源负极搬到正极所做的功是1.5J；（2）表示电场力搬运1C正电荷沿闭合回路走一周所做的功是1.5J。【板书】

3、闭合电路欧姆定律 问题设计：

如图4所示电路中电源电动势为E，内阻为r，外电阻为R，试求电路中的电流I 引导学生推导： ∵E=U+U′

而U=IR U′=Ir ∴ E=IR+Ir 或者写成：

其中，R+r表示整个电路总电阻，R为外电路总电阻，r为内阻，I为闭合电路总电流。上式表明：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路欧姆定律。

说明：闭合电路欧姆定律的适用条件：纯电阻电路。【板书】（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比（2）公式：

或者

（3）适用条件：纯电阻电路

（三）例题精讲

【例题1】在如图5所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。

（E＝3.0V，r＝1.0Ω）

目的：（1）熟悉闭合电路欧姆定律；（2）介绍一种测电动势和内阻的方法

（四）总结、拓展

1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。2．闭合电路欧姆定律的两种表达式纯电阻电路

和

注意适用条件：

第2课时

一、教学目标

1．通过复习，熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式

和及其适用条件。

2．熟练掌握路端电压和负载的关系。

3．掌握电源的总功率P总=IE，电源的输出功率P输=IU，电源内阻上损耗的功率P内=I2r及它们之间的关系：

二、教学重点、难点分析

1．重点：应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系。

2．难点：短路、断路特征，路端电压随外电阻的变化。

三、教学方法：实验演示，启发式教学

四、教 具：电路示教板一块，示教电压表（0～2.5V）、电流表，10Ω定值电阻一个，滑线变阻器（0～50Ω）一只，开关，导线若干。

五、教学过程：

（一）新课引入 教师：上节课我们学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出闭合电路欧姆定律的两个表达式。学生：；

教师：当外电路的电阻变化时，外电路两端的电压、电路中的电流、电功率怎么变化呢？这节课我们就来学习这些内容。

（二）进行新课

【板书】第七节 闭合电路欧姆定律 【板书】

三、路端电压跟负载的关系 【板书】

1、路端电压

外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，叫做路端电压。

路端电压就是电源加在负载（用电器）上的“有效”电压，也就是电源两极之间的电压。那么路端电压与负载之间有何关系呢？ 【板书】

2、路端电压跟负载的关系 实验：如图所示。

实验结论：

当负载电阻R增大时，电流I将减小，则电源内阻上的电势降Ir将减小，所以路端电压U增大，所以路端电压U随外电阻的增大而增大。引导学生分析：

由 得 路端电压表达式为：

可见，电源的电动势和内阻r是一定的，当负载电阻R增大时，由 知电流I将减小，由知路端电压增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小。（培养学生分析推理能力）两个特例：（1）短路

当R→0时，I→E/r，可以认为U=0，路端电压等于零。这种情况叫电源短路。发生短路时，电流强度叫短路电流，一般，电源的内阻都比较小，所以短路电流很大。一般情况下，要避免电源短路。（2）断路

当R→∞，也就是当电路断开时，I→0则U=E。当断路（亦称开路）时，路端电压等于电源的电动势。

说明：在用电压表测电源的电压时，有电流通过电源和电压表，外电路并非断路，这时测得的路端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。【板书】

3、U-I图线

如图所示为

的函数图像，是一条倾斜向下的直线。

从图线可以看出，路端电压U随着电流I的增大而减小。图线还反映出电源的特性：直线的倾斜程度跟内阻r有关，内阻越大，倾斜得越厉害；直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小（I=0时，U=E）。【板书】

四、闭合电路中的功率

在公式E=U外 +U内中，两端乘以电流I得到：式中分别表示外电路和内电路上消耗的电功率，表示电源提供的电功率。上式表示，电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其它形式的能。另一部分消耗在内电路上，转化为内能。电动势E越大，电源提供的电功率越大，这表示电源把其他形式的能转化为电能本领越大。如果外电路为纯电阻电路，上式可表示为

（三）例题精讲

电路结构变化问题的讨论

【例1】在如图所示的电路中，在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中，电压表V和电流表A的示数变化情况如何？

目的：熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。

【例2】如图甲所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定，当负载R变化时，电路中的电流发生变化，于是电路中的三个功率：电源的总功率P总、电源内部消耗功率P内和电源的输出功率P外随电流变化的图线可分别用图乙中三条图线表示，其中图线Ⅰ的函数表达式是______；图线Ⅱ的函数表达式是______；图线Ⅲ的函数表达式是______。

【例3】在如图所示的电路中，R1=10 Ω，R2=20 Ω，滑动变阻器R的阻值为0~50 Ω，当滑动触头P由I向b滑动的过程中，灯泡L的亮度变化情况是_______

A.逐渐变亮 B.逐渐变暗 C.先变亮后变暗 D.先变暗后变亮 解析：灯泡的亮度由灯的实际功率大小决定.电灯灯丝电阻不变，研究通过灯丝电流的大小可知灯的亮度.电源电动势E和内阻r不变，通过灯泡电流由外电路总电阻决定。外电阻是由滑动变阻器连入电路部分的电阻决定的，当滑动触头由a向b滑动过程中，滑动变阻器连入电路部分的电阻增大，总电阻增大，总电流 减少，灯泡的实际功率PL=I2RL减小，灯泡变暗。综上所述，选项B正确。闭合电路欧姆定律的定量应用 【例4】 如图所示电路中，R1=0.8Ω，R3=6Ω，滑动变阻器的全值电阻R2=12 Ω，电源电动势E=6 V，内阻r=0.2 Ω，当滑动变阻器的滑片在变阻器中央位置时，闭合开关S，电路中的电流表和电压表的读数各是多少?

电压表V1测量电源的路端电压，根据E=U外+U内得 U1=E-Ir=6 V-1.5×0.2 V=5.7 V 即电压表V1的读数为5.7 V.点评：

1.电路中的电流表、电压表均视为理想电表（题中特别指出的除外），即电流表内阻视为零，电压表内阻视为无穷大。2.解答闭合电路问题的一般步骤：

（1）首先要认清外电路上各元件的串并联关系，必要时，应进行电路变换，画出等效电路图。

（2）解题关键是求总电流I，求总电流的具体方法是：若已知内、外电路上所有电阻的阻值和电源电动势，可用全电路欧姆定律（）直接求出I；若内外电路上有多个电阻值未知，可利用某一部分电路的已知电流和电压求总电流I；当以上两种方法都行不通时，可以应用联立方程求出I。

（3）求出总电流后，再根据串、并联电路的特点或部分电路欧姆定律求各部分电路的电压和电流。

（四）总结、拓展

1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。2．闭合电路欧姆定律的两种表达式

和

注意适用条件：纯电阻电路

3．路端电压跟负载的关系：当负载电阻R增大时，电流I减小；路端电压U增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压U减小。

4．闭合电路中的功率：课堂练习：

或

（五）布

1．在测量电源电动势和内电阻时得到如图所示的路端电压随电流变化的图象，由图象可知

[

]

A．电源的短路电流为0.6A。

B．电源的内电阻为5Ω。

C．电源电动势为3.0V。

D．上述结论都不正确。

2．在右图所示电路中，电源电动势ε＝15V，内电阻r＝5Ω，电阻R1＝25Ω，当K闭合后，伏特表的读数是9V，试求：

(1)K断开时伏特表的读数；

(2)K闭合后外电路总电流；

(3)电阻R2的大小。3．在右图中，已知R1＝6Ω，R2＝2Ω，R3＝3Ω，电源电动势ε＝3 V，内阻r＝1Ω，求在下列各种情形中伏特表的读数。

(1)K1、K2、K3都断开；

(2)K1闭合，K2、K3断开；

(3)K1、K2闭合，K3断开。

4．图中变阻器R1的最大阻值是4Ω，R2＝6Ω，电源内阻r＝1Ω，闭合K，调节滑动头P到R1中点时，灯L恰能正常发光，此时电源总功率为16W，电源输出功率为12W。求：

(1)灯电阻RL；

(2)断开K要使灯仍正常发光，P点应如何滑动，并求这时电源的输出功率和效率。

谈全电路欧姆定律的实验感性教学 篇3

明确教学目标是教师组织全电路欧姆定律教学的关键

掌握全电路欧姆定律对于学好《电工基础》这门课程来说至关重要。因为后续章节中多处电路的分析和计算要应用到这一定律。教学是一个教师与学生双向互动的过程, 作为教师, 要组织好全电路欧姆定律教学, 必须先明确教学目标, 做到心中有数, 才能更好地开展教学。

知识目标: (1) 理解电动势、内电阻、外电阻、内电压、外电压、端电压、内压降等物理量的物理意义; (2) 掌握全电路欧姆定律的表达形式, 明确在闭合电路中电动势等于内、外电压之和; (3) 掌握端电压与外电阻、端电压与内电阻之间的变化规律; (4) 掌握全电路欧姆定律的应用。

能力目标: (1) 通过实验教学, 培养学生的观察和分析能力, 使学生学会运用实验探索科学规律的方法; (2) 通过对端电压与外电阻、端电压与内电阻之间的变化规律的讨论, 培养学生的思维能力和推理能力。

理解各物理量的物理意义是学生掌握全电路欧姆定律的基础

全电路欧姆定律的难点在于概念较多, 且各物理量之间的关系复杂。因此, 首先, 应让学生准确理解各物理量的含义。

全电路是指含有电源的闭合电路, 如图1所示。其中, R代表负载 (即用电器, 为简化电路, 只画一个) , r代表电源的内电阻 (存在于电源内部) , E代表电源的电动势。整个闭合电路可分为内、外两部分, 电源外部的叫外电路 (图1中方框以外的部分) , 电源内部的叫内电路。外电路上的电阻叫外电阻, 内电路上的电阻叫内电阻。当开关S闭合时, 电路中就会有电流产生, , 该式表明:在一个闭合电路中, 电流强度与电源的电动势成正比, 与电路中内电阻和外电阻之和成反比, 这个规律称为全电路欧姆定律。

要理解这个定律, 要先理解以下几个物理量的物理意义:第一个是电动势, 它是指在电源内部, 电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功。这个概念比较抽象, 涉及知识面较广, 要使学生全面、深刻地理解它是有困难的。考虑到学生的接受能力和满足后续知识的需要, 需向学生讲清两个问题:一是电动势的值可用电压表测出——电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;二是电动势的物理意义是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领, 是由电源本身的性质决定的。第二个是电源的端电压 (简称端电压) , 它是指电源两端的电位差 (在图1中指A、B两点之间的电压, 也等于负载R两端的电压) 。需要注意的是, 端电压与电动势是两个不同的概念, 它们在数值上不一定相等。第三个是内压降, 它是指当电流流过电源内部时, 在内电阻上产生的电压降。全电路欧姆定律也可表示为:“在闭合电路中, 电动势等于内、外电压之和。”

掌握各物理量的变化规律是掌握全电路欧姆定律的重点

全电路欧姆定律的难点在于各物理量之间的变化规律, 也是学生容易产生疑惑的地方。可以利用演示实验来验证各物理量之间的变化规律, 以增加学生的感性认识, 提高学生的逻辑推理能力。

第一, 验证电源内电阻的存在并计算其大小。对于电源的内电阻, 由于存在于电源的内部, 既看不见, 也摸不着, 学生对此存在质疑。为此, 可用图2进行实验, 不但可以证明内电阻的存在, 还可测出内电阻的大小。在图2中, 用1节1号干电池作电源, 电阻R为已知值 (可根据实际情况选定) 。开关闭合前, 记下电压表的读数U1 (此值即为干电池的电动势) , 开关闭合后, 记下电压表的读数U2, 发现U2比U1小 (见表1) , 就是因为电源内部存在内电阻的缘故。

根据公式可算出该电池的内电阻。再用不同型号的干电池 (如5号干电池、7号干电池) 进行重复实验, 发现它们的电动势虽然相等 (为了后面实验的需要, 尽量选用电动势相等的电池, 并保留这些电池) , 但内电阻不一定相同。

第二, 端电压U跟外电阻R的关系。

实验电路如图3所示, 用1节1号干电池作为电源, 移动滑动变阻器的滑动片, 观察电流表和电压表的读数变化, 并将它们的读数记录到表2中。通过观察发现:当滑动片从左向右移动时 (为保证实验设备安全, 滑动片不要移到最右端) , 电流表的读数慢慢变大, 电压表的读数慢慢变小;当滑动片从右向左移动时, 电流表的读数慢慢变小, 电压表的读数慢慢变大。由此得出结论:端电压随外电阻上升而上升, 随外电阻下降而下降。根据表2中的数据可绘成曲线 (如图4所示) , 即电源的端电压特性曲线。从曲线上可以看出:电源端电压随着电流的大小而变化, 当电路接小电阻时, 电流增大, 端电压就下降;当电路接大电阻时电流减少, 端电压就上升。

思考:如果滑动片移到最右端, 电压表、电流表的读数将为多少?

第三, 端电压与内电阻r的关系。

根据公式U=E-Ir分析可知:当电流I不变时, 内阻下降, 端电压就上升;内阻上升, 端电压就下降。实验电路同图3, 只需将电路中的电源用前面已测过内阻值的不同型号的电池代替即可, 观察电流表、电压表的读数, 上述结论即可得到验证。

应用规律, 解决实际问题

首先向学生提出问题:你是否注意到, 电灯在深夜要比晚上七八点钟亮一些?这个现象的原因何在?在回答这个问题之前, 可先通过实验验证这一现象的存在, 如图5所示。图中5个灯泡完全相同, 先将开关全合上, 使灯泡发光, 再逐个断开开关, 发现灯泡逐渐变亮, 原因分析:随着开关的断开, 外电阻增大, 导致干路电流减小, 使得内压降下降, 从而端电压增大, 即灯泡两端的实际电压增大, 故灯泡变亮了。上述问题也得到了解决。

在教学过程中, 如果尽可能地增加一些实验, 通过生活中的实验记录其数据并指导学生得出规律, 提高感性认识, 不但可以提高学生的学习兴趣, 也会提高教学效果。

摘要：通过对全电路欧姆定律公式中涉及的物理量进行逐一阐述, 以及实验对各物理量的变化规律进行验证, 本文明确提出了物理教学的关键、基础、重点以及应用规律, 并以案例说明增加学生的感性认识是提高教学效果的有效手段。

关键词：全电路,欧姆定律,实验教学,感性教学

参考文献

[1]李书堂.电工基础 (第4版) [M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2001.

[2]毕淑娥.电工与电子技术基础 (第2版) [M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2004.

电路基本定律 篇4

1 基尔霍夫电压定律

基尔霍夫电压定律(KVL)揭示了回路上各元件电压的约束关系,即在任一回路中,从任何一点出发以顺时针或逆时针方向沿回路绕行一周,回路上各元件电压的代数和等于0[1,2]。

在应用该定律之前,必须先选定回路的绕行方向;由于在电路分析中电流和电压贯穿始终,所以电路图中要用实线箭头标出元件的电压或电流的参考方向。当元件上电压、电流的参考方向与回路绕行方向一致时,元件上电压值取正号,反之取负号。

2 求解电压和分析电路的理论依据

2.1 应用于直流电路的回路

由图1中所示回路绕行方向及元件上电流、电压的参考方向[3,4,5],根据以上基尔霍夫电压定律,判断可得回路ABCA电压方程为

+US3-R3I3+US2-R2I2-US1-R1I1=0 (1)

即各元件上电压的代数和等于0。

2.2 基尔霍夫电压定律的推广应用

(1)任意两点间电压的计算,以计算图2中A、B两点间电压为例[6,7,8,9,10]。

方法1

UAB=+R1I1+US1 (2)

方法2

UAB=+US3-R3I3+US2-R2I2 (3)

任意两点间的电压,可根据选择任意一条连接两点的路径进行计算,结果与所选路径无关。从以上两种方法可以看出,若路径选得合适,可使运算简便。

(2)求电路开口处的电压,其电路如图3所示。

方法1 将开口电路看作虚拟回路,开口处电压为UAB,利用KVL列回路电压方程

IR1+US1+IR2-US2+IR3-US3-UAB=0 (4)

方法2 计算开口处的电压可用计算任意两点间电压的思路,即求开口处两端点A、B的电压,即

UAB=IR1+US1+IR2-US2+IR3-US3 (5)

(3)电路中某点电位的计算。

电路中某点的电位等于该点到0电位点之间的电压,因此求电位也可运用计算任意两点间电压的思路。求解图4中A点电位,因为B点为0电位点,即求UA=UAB。

选择路径1时

UA=UAB=I1R1+US1 (6)

选择路径2时

UA=UAB=+US3-I3R3+US2-I2R2 (7)

由此看出,所选择路径上的元件个数越少,运算将越简单。

2.3 在正弦交流电路中的应用

正弦交流电路中的电流、电压均是正弦函数,若直接计算过于繁琐,分析此类电路时,常用基尔霍夫电压定律的相量形式求解,即先建立交流电路的相量模型,在电路图中用实线箭头标出元件上电流相量、电压相量的参考方向,并运用直流电路分析方法来求解待求电流、电压。

由KVL的相量形式,根据图5(b),可得

网孔1

$\dot{{\rm I}}{}_1{\rm Z}{}_R+\dot{{\rm I}}{}_3{\rm Z}{}_C-\dot{U}{}_{S1}=0(8)$

网孔2

$\dot{{\rm I}}{}_2{\rm Z}{}_L+\dot{U}{}_{S2}-\dot{{\rm I}}{}_3{\rm Z}{}_3=0(9)$

2.4 在电子电路中的应用

分析放大电路时,运用解决电压问题的分析思路,根据基尔霍夫电压定律列电压方程,以进行静态和动态分析。

(1)静态分析时,需根据图6(a)直流通路,列出电压方程

VCC=IBRb+UBE (10)

可推出

${\rm I}{}_B=\frac{V{}_{\text{C}\text{C}}-U{}_{\text{B}\text{E}}}{R{}_b}(11)$

VCC=ICRC+UCE (12)

可推出

UCE=VCC-ICRC (13)

(2)动态分析时,需根据图6(b)交流微变等效电路,列出电压相量方程

$\dot{U}{}_i=\dot{{\rm I}}{}_{b}R{}_{\text{B}\text{E}}(14)$

$\dot{U}{}_o=-\frac{R{}_{C}R{}_L}{R{}_C+R{}_L}\dot{{\rm I}}{}_L(15)$

可根据定义式$\dot{A}{}_u=\frac{\dot{U}{}_o}{\dot{U}{}_i}$推出$\dot{A}{}_u$。

3 用于实际电路的分析

图7是日光灯电路,其由交流电源、开关、镇流器、灯管灯丝和启辉器串联而形成的回路,其中交流电源电压有效值为220 V。所以由基尔霍夫电压定律得知上述几项所形成的回路电压有效值和为220 V。

因接通的开关和灯丝的电阻均较小,且几乎为0,当电路接通后,正常情况下开关和灯丝的端电压应均为0 V,若测得其电压为220 V,则说明对应部位已断路。

若灯管熄灭时,先测量启辉器两端电压,若为220 V,表明开关、镇流器、灯丝完好,若启辉器无法辉光放电,即无法接通启辉电路,即可判断启辉器存在故障,需进行更换后再通电。通常,若更换启辉器后,灯管仍未亮,则可能是由于镇流器线圈产生的自感电动势无法点亮灯管,便需要更换镇流器以排除故障。

4 结束语

通过以上分析,可看出基尔霍夫电压定律在直流电路、正弦交流电路、电子电路及实际电路中有着广泛应用,其主要应用于回路列电压方程、计算任意两点间电压、求电路开口处电压和计算电路中某点电位等。基尔霍夫定律是电路计算的理论基础,是电路分析和计算的有效工具,同时也是实际电路检修的重要参考理论,可有效指导实践。

参考文献

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[3]朱晓琴.如何使学生能够快速有效地掌握正弦交流电路的分析与计算[J].考试周刊,2011(65):171-172.

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[5]陈振光.电工基础中基尔霍夫定律的学习方法[J].中国新技术新产品,2010(3):250-251.

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[8]张晓伟,张芝雨,阎国欣.基尔霍夫定律在电路计算中应用的分析[J].中小企业管理与科技,2011(3):156.

[9]阮龙盛.巧用基尔霍夫第二定律[J].科技资讯,2010(11):137-139.

电路基本定律 篇5

1 正确理解电源电动势、外电压、内电压、外电阻、内电阻、短路电流等物理概念

1.1 电源的电动势 (E)

1) 概念

电源电动势就是电源没有接入电路时两极间的电压。对这个概念正确理解的关键是对“电源没有接入电路”这句话的理解和认识。“电源没有接入电路”有三种情况:

(1) 电源确实没有与任何电路连接, 这时电源两极间的电压就是电源的电动势。

(2) 电源与外电路连接, 但没有连通, 电路没有形成电流, 这时电源两极间的电压仍是电源的电动势。

(3) 电源与外电路连接, 只与电压表连接, 形成了微小电流, 由于电压表的内阻很大, 通常被视为理想电压表。这时电压表的示数近似为电源电动势。

2) 电源电动势的大小

电源电动势的大小是由电源内部储存的能量或将其他形式能转化成电能的本领来决定。因此不同的电源, 其电动势各不相同, 同类同型号的电源, 电动势相同。

电源电动势的近似值, 由于通常将电压表看成是理想电压表, 其内阻被看成无穷大, 通过它的电流很小, 小得可以忽略, 因此直接将电压表的正负极接到电源的正负时, 电压表的示数就可以看成电源电动势的近似值。

1.2 外电压 (U) 、外电阻 (R)

1) 外电压

(1) 外电压也叫路端电压, 是电源与外部电路连通时电源两端的电压。在这个概念中有两点必须强调, 一是电源必须与外电路连通并能形成电流;二是此电压是除了电源以外的电路两端的电压。

(2) 外电压的大小等于通过外电路的电流与外电路电阻的乘积, 即U=IR。

2) 外电阻 (R)

这部分电路可能是由一个电阻或用电器组成, 也可能是由多个电阻、用电器串联或并联而成。

(1) 对于由一个电阻或用电器组成的外部电路而言, 外电阻 (R) 的值就是这个电阻或用电器的电阻值;

(2) 但对于由多个电阻、用电器组成的电路就要视具体的情况, 作具体的分析: (1) 由多个电阻或用电器串联而成的外部电路, R=R串; (2) 由多个电阻或用电器并联而成的外部电路, R=R并; (3) 由多个电阻或用电器混联而成的外部电路, R=R混, 混联电路的电阻可以看成是由两大部分组成, R混=R串+R并, 当然并联电阻将视具体电路来确定, 如果电路中有多处出现并联, 并联电阻等于各部分并联电路的并联电阻总和。

1.3 内电压 (U′) 、内电阻 (r)

1) 内电压 (U′) 就是电源内部电路两端的电压。

2) 内电阻 (r) 就是电源内部电路的电阻。

3) 内电压与内电阻的关系:U′=Ir

1.4 短路电流

短路电流就是直接将电源两极用导线连接时电路中的电流, 电源短路时外电阻零。

2 电源的电动势 (E) 、外电压 (U) 、内电压 (U′) 三者的关系

电源的电动势等于闭合电路中的外电压和内电压之和。

即:E=U+U′, 或者:E=IR+Ir。

3 闭合电路的欧姆定律

3.1 闭合电路的欧姆定律的内容

闭合电路中的电流, 跟电源的电动势成正比, 跟内外电阻之和成反比。

在学生正确理解认识并掌握了电源的电动势 (E) 、外电压 (U) 、内电压 (U′) 及其关系后, 学生就能推导出闭合电路的欧姆定律的公式。通过引导学生, 他们就能正确理解闭合电路的欧姆定律。关键问题在让学生如何正确应用闭合电路的欧姆定律。

3.2 闭合电路的欧姆定律的应用

闭合电路的欧姆定律确定了电流与电动势和内外电阻之间的关系, 而电源的电动势和内电阻一般认为不变, 这是闭合电路欧姆定律应用的关键。闭合电路的欧姆定律的应用主要有两类, 一类是利用它求电源电动势和内电阻;另一类是它判断内、外电压随外电阻变化的规律。

3.2.1 利用闭合电路的欧姆定律求电源电动势和电源的内电阻

如上图所示, 当开关K1、K2断开时, 电压表的示数为3伏特;K1、K2都闭合时, 电流表的示数1.5安培。K1闭合, K2断开时, 电流表的示数为0.5安培, 电压表的示数为2伏特, 求电源的电动势、内电阻和R的值。

解此题的关键, 在于学生对电源电动势和短路电流两个概念的理解, 学生正解理解掌握了电源电动势和短路电流的概念, 就能在“当开关K1、K2断开时, 电压表的示数为3伏特;K1、K2都闭合时, 电流表的示数1.5安培”, 这句话中得到启示。因为电源电动势是电源没有接入电路时两极间的电压。K1、K2断开, 电源虽然接入电路, 由于电压表通常被看成理想电压表, 内阻被视为无穷大, 通过的电流很小, 可忽略不计, 在此情况下, 电压表的示数就是电源的电动势。K1、K2都闭合, 此时电源处于短路状态, 因为电流表通常被看成理想电流表-内阻很小, 可以忽略不计。电源短路, 外电阻为零, 利用闭合的欧姆定律就可以求出电源的内电阻。学生正解理解认识了外电压的概念后, 就可以直接从“K1闭合, K2断开时, 电流表的示数为0.5安培, 电压表的示数为2伏特”中得到启示。因为外电压是电源接入电路后电源两极间的电压, K1闭合, K2断开时, 电压表的示数就是外电路的电压, 电流表的示数就是外电路中通过的电流, 因此利用部分电路的欧姆定律就可以直接求出外电路的电阻。

3.2.2 利用闭合电路的欧姆定律判断电路中的电流内、外电压随外电阻变化的规律

3.2.2. 1 闭合电路中的电流随外电阻变化的规律

根据闭合电路的欧姆定律:, 电路中的电流随着外电阻的增大而减小, 相反随着外电阻的减小而增大。

3.2.2. 2 外电压随外电阻变化的规律

根据闭合电路的欧姆定律, 外电压:U=E-Ir, 外电压随外电阻的增大, 电路中电流减小, 外电压增大;相反, 外电阻减小, 电路中电流增大, 外电压减小。当然也可以利用部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律相结合, 直接得出同样的结论:, 外电压随外电阻的增大而增大, 相反, 外电压随外电阻的减小而减小。可见, 外电压随着外电阻的增大而增大, 随着外电阻的减小而减小。

3.2.2. 3 内电压随着外电阻变化的规律

根据部分电路的欧姆定律, 内电压:U′=Ir, 根据闭合电路的欧姆定律, 内电压:, 因为电源电动势和内电阻一般不变, 故内电压随着外电阻的增大而减小, 相反, 内电阻随着外电阻的减小而增大。